El pegamento para madera es un adhesivo que se utiliza para unir firmemente piezas de madera . Se han utilizado muchas sustancias como pegamentos. Tradicionalmente, las proteínas animales, como la caseína de la leche o el colágeno de las pieles y huesos de animales, se hervían para fabricar los primeros pegamentos. Funcionaron solidificándose mientras se secaban. Posteriormente, se fabricaron colas a partir de almidones vegetales como harina o almidón de patata. Cuando se combina con agua y se calienta, el almidón se gelatiniza y forma una pasta pegajosa a medida que se seca. Los pegamentos de origen vegetal eran comunes para libros y productos de papel, aunque pueden descomponerse más fácilmente con el tiempo en comparación con los pegamentos de origen animal. [1] [2] [3] Ejemplos de pegamentos para madera modernos incluyen el acetato de polivinilo (PVA) y las resinas epoxi . Algunas resinas (es decir, pegamentos) utilizadas en la producción de productos de madera compuesta pueden contener formaldehído. [4] A 2021, “la industria de paneles de madera utiliza casi el 95% de adhesivos termoestables sintéticos derivados del petróleo, principalmente a base de urea, fenol y melamina, entre otros”. [5]
El pegamento animal , especialmente el pegamento para cascos y cueros , fue el adhesivo principal elegido para muchos tipos de carpintería, incluidos muebles y lutería, durante muchos siglos. Se fabrica a partir de colágeno extraído de pieles o pezuñas de animales. Es químicamente similar a la gelatina comestible y no es tóxica si se ingiere. El pegamento para pieles todavía se utiliza hoy en día en aplicaciones especializadas: instrumentos musicales ( lutherie ), réplicas de muebles y reparaciones de carpintería antigua con grado de conservación. El pegamento para pieles se mide en función de su fuerza de gel, una medida de cuántos gramos de fuerza se requieren para presionar un émbolo de 1 ⁄ 2 pulgadas (13 mm) 4 mm (0,16 pulgadas) en una solución de pegamento con 12,5% de proteína en 10°C (50°F). El pegamento se fabrica en grados estándar de 32 a 512 gramos (1,1 a 18,1 oz). La fuerza de 192 gramos (6,8 oz) es la más comúnmente utilizada para trabajar la madera; 251 gramos (8,9 oz) es el valor más alto que se utiliza normalmente para la construcción de instrumentos; 135 gramos (4,8 oz) es el valor más bajo utilizado para trabajos en madera en general. El pegamento con una concentración superior a 250 gramos (8,8 oz) requiere una dilución excesiva y, por lo tanto, deja muy poco pegamento en las juntas para una adhesión efectiva, por lo que no se usa comúnmente. Ahora están disponibles versiones líquidas de pegamento para pieles; Por lo general, se les agrega urea para mantener el pegamento líquido a temperatura ambiente y extender el tiempo de secado. Ejemplos de pegamento líquido para pieles son Old Brown Glue o Titebond Liquid Hide. El pegamento oculto no se arrastra. Las juntas de pegamento para pieles son fáciles de reparar, simplemente calentando y agregando más pegamento para pieles. [6] [7] [8]
Los adhesivos de resina de urea-formaldehído se caracterizan por un bajo costo efectivo, bajas temperaturas de curado, resistencia a los microorganismos y la abrasión y un color claro. No se arrastra y se puede reparar con epoxi. Puede deteriorarse rápidamente en ambientes cálidos y húmedos , liberando formaldehído (un carcinógeno ). [9] [10] [11] Se suministra como un polvo blanco fino que se mezcla con la mitad de su peso de agua fría para su uso. El adhesivo mezclado se puede utilizar durante unas tres horas, dependiendo de la temperatura. Siempre que se mantenga seco, el polvo no utilizado tiene una vida útil de hasta un año. El adhesivo tiene la capacidad de llenar espacios entre componentes que no encajan bien. Una marca popular es Cascamite. [12]
Las emisiones de gases de efecto invernadero son de 2,04 kg CO2-eq./kg de adhesivo de urea-formaldehído . [13]
El pegamento de resina de resorcinol-formaldehído es muy fuerte y duradero (resistente a la inmersión en agua hirviendo, ácidos suaves, agua salada, disolventes, moho, hongos, rayos ultravioleta, etc.). Históricamente, fue el pegamento dominante en la fabricación de madera contrachapada para exteriores y en la producción de aviones de madera. Debe mezclarse antes de su uso (resina líquida y catalizador en polvo), es tóxico [14] y tiene un color curado púrpura oscuro, que puede no ser aceptable en algunos usos. Durante muchos años, la Administración Federal de Aviación (FAA) ha declarado que "el resorcinol es el único adhesivo conocido recomendado y aprobado para su uso en estructuras de madera de aeronaves y cumple plenamente con los requisitos necesarios de resistencia y durabilidad" [9] para aeronaves certificadas. Sin embargo, de hecho, la gran mayoría de los aviones de madera construidos en las últimas décadas (en su mayoría aviones construidos por aficionados) utilizan otros tipos de adhesivos [ cita necesaria ] (principalmente sistemas de resina epoxi ), que ofrecen mayor resistencia y, lo que es más importante, mucho menos Criticidad en la técnica de aplicación perfecta. La mayoría de los adhesivos más nuevos son mucho más tolerantes a los errores típicos de construcción (como pequeños espacios o desalineaciones entre piezas) que el resorcinol, que prácticamente no ofrece tolerancia para situaciones de construcción cotidianas. Esto puede plantear grandes dificultades, especialmente en montajes complejos. Sin embargo, algunos constructores y restauradores todavía utilizan resorcinol y se ve comúnmente en aviones antiguos.
La resina de fenol formaldehído se usa comúnmente para fabricar madera contrachapada. Se cura a temperatura y presión elevadas. [9] Las emisiones de gases de efecto invernadero son de 2,88 kg CO2-eq./kg de adhesivo PF. [13]
En términos de impacto ambiental general, se encontró que el adhesivo de urea-formaldehído tenía un impacto en el ciclo de vida casi un 50 % mayor que el adhesivo de fenol formaldehído . Al comparar el consumo de energía utilizado en los adhesivos de urea-formaldehído y fenol formaldehído , el adhesivo de urea-formaldehído fue mucho menor que el adhesivo de fenol formaldehído . [15] [13]
Los adhesivos de resina de lignina-fenol-formaldehído generalmente se sintetizan haciendo reaccionar una mezcla de lignina aislada (por ejemplo, lignina kraft, de sosa o de biorrefinería) y fenol con formaldehído en condiciones alcalinas. [16] Los adhesivos de resina de lignina-fenol-formaldehído tienen una viscosidad más alta, tienen un color más intenso y requieren condiciones de curado más severas que los adhesivos de resina de urea-formaldehído y fenol-formaldehído. [17]
En la biomasa lignocelulósica, la lignina actúa como un pegamento que proporciona resistencia a las paredes celulares al unir eficazmente la celulosa y las hemicelulosas. [18] Los adhesivos de lignina de madera molida (MWL), lignina protegida con formaldehído (FPL) y lignina protegida con acetona que se prepararon con ligninas separadas en condiciones suaves o protegidas por aldehído o cetona demostraron fuerzas de unión razonables después del prensado en caliente a 190 °C. y 1,5 MPa durante 8 min; Tanto la resistencia de adhesión en seco como en húmedo cumplieron el requisito mínimo de 0,7 MPa. A partir de los resultados, las ligninas ligeramente condensadas o protegidas de diferentes fuentes podrían usarse directamente como adhesivos para madera sin tratamientos físicos o químicos adicionales. [19] El rendimiento de adhesión de estos adhesivos mejoró con grados de condensación reducidos y aumentó con temperaturas más altas de prensado en caliente. Los productos de madera contrachapada multicapa que utilizan adhesivos de lignina cumplieron los requisitos mecánicos para aplicaciones en diversos campos. [19] [20]
Los adhesivos de lignina preparados a partir de ligninas protegidas con otros aldehídos (por ejemplo, acetaldehído, propionaldehído y furfural mostraron rendimientos de adhesión calificados >0,7 MPa. [21] [22]
La preparación de adhesivos para madera a base de lignina a partir de biomasa lignocelulósica promueve el uso de adhesivos ecológicos y contribuye al desarrollo de esquemas de biorrefinación rentables. Se trata de un avance significativo en el campo de la tecnología de adhesivos sostenibles y tiene el potencial de tener un impacto positivo en la industria de fabricación de madera contrachapada.
El pegamento de poliuretano (los nombres comerciales incluyen Gorilla Glue y Excel ) se está volviendo cada vez más popular en los EE. UU. después de usarse durante años en otros países. Se adhiere a fibras textiles, metales, plásticos, vidrio, arena, cerámica y caucho, además de a la madera. Los adhesivos de poliuretano para madera son normalmente prepolímeros terminados con grupos isocianato . Cuando se exponen a la humedad, los isocianatos reaccionan con el agua y endurecen así los adhesivos. Por esta razón, los adhesivos de poliuretano de un componente también se denominan poliuretanos endurecibles por humedad. Además, las interacciones entre los poliuretanos y los polímeros de la madera pueden influir significativamente en el rendimiento de la unión. [23] Los pegamentos de poliuretano se expanden cuando se curan, mejorando la adhesión donde el ajuste no es apretado. A diferencia de las colas PVA, se pueden utilizar para pegar las testas. Sin embargo, en las pruebas de saturación de agua, los enlaces de poliuretano "fueron mucho menos duraderos que los enlaces de resorcinol en ambos [abeto Douglas y abedul amarillo]". [24]
La resina epoxi , generalmente como un sistema de mezcla de dos partes, cura en un rango más amplio de temperaturas y contenido de humedad que otros pegamentos, no requiere presión durante el curado y tiene buenas propiedades de relleno de espacios: juntas casi perfectas con espacios muy pequeños en realidad. producir enlaces más débiles. El uso de epoxi requiere especial atención a la proporción de mezcla de las dos partes. Se adhiere a la mayoría de los pegamentos para madera curados (excepto PVA). [25] El adhesivo epoxi de dos componentes es muy resistente al agua salada, la mayoría de los epoxi son resistentes al calor hasta 177 °C (351 °F), las formulaciones que contienen metal en polvo y caucho o plastificantes son muy duras y resistentes a los golpes. Las resinas epoxi más comunes se basan en la reacción de epiclorhidrina (ECH) con bisfenol A , dando como resultado una sustancia química diferente conocida como éter diglicidílico de bisfenol A (comúnmente conocido como BADGE o DGEBA). Las resinas a base de bisfenol A son las resinas más ampliamente comercializadas, pero también otros bisfenoles reaccionan de manera análoga con epiclorhidrina, por ejemplo el bisfenol F. El epoxi puede provocar sensibilidad a largo plazo ( alergias ) por sobreexposición y, a menudo, es costoso. [26]
El cianoacrilato ( Crazy Glue , Superglue , CA o CyA ) se utiliza principalmente para pequeñas reparaciones, especialmente por parte de los torneros . Se adhiere instantáneamente, incluso a la piel. El CA curado es esencialmente un material plástico. Hay versiones disponibles que pueden penetrar en juntas estrechas, pero se adhieren con resistencia reducida (porque mucho gotea y se empapa en la madera, dejando muy poco en la superficie para la unión), o formulaciones más espesas (gel) que pueden llenar espacios muy pequeños. , no salga de la junta y no penetre tan rápidamente en la madera. El pegamento de cianoacrilato más fino no se adhiere más rápidamente ni forma cadenas de polímero más cortas que la versión en gel cuando se usa en madera. La naturaleza química de la madera retrasa significativamente la polimerización del cianoacrilato. Cuando finalmente se polimeriza en una junta de madera, queda suficiente gel para una mejor unión que con la versión delgada. Al usar el gel, demasiado pegamento debilitará la unión resultante. Del mismo modo, aplicar muy poco superpegamento fino hará que casi no quede pegamento en la junta de madera, lo que provocará una unión débil o ninguna unión. También hay disponibles versiones que son seguras para la espuma (el CA normal disuelve la mayoría de las espumas plásticas) que generalmente también se comercializan como de bajo olor . El cianoacrilato es rígido pero tiene una baja resistencia al corte (frágil), por lo que la flexión normal de la madera puede romper la unión en algunas aplicaciones. A menudo se aplica demasiado adhesivo, lo que provoca una unión mucho más débil. CA se ha convertido rápidamente en el adhesivo dominante utilizado por los constructores de modelos de madera de balsa, donde su resistencia supera con creces la de los materiales base.
El pegamento de caseína se elabora a partir de proteínas de la leche. Se utilizaba para hacer uniones fuertes y robustas en los primeros tiempos de la aviación, y era omnipresente en forma de "pegamento blanco", como el Glue-All de Elmer , pero cayó en desgracia debido a su susceptibilidad al ataque de bacterias.
El acetato de polivinilo (PVA), también conocido como "pegamento blanco", "pegamento para pasatiempos y manualidades" o "pegamento escolar", no es tóxico, tiene un pH neutro, es económico y fácil de usar y, por lo tanto, es el tipo de pegamento para madera más utilizado. Las juntas deben estar bien ajustadas y sujetas durante el curado para obtener la máxima resistencia. Sin embargo, los PVA permanecen flexibles después de curarse y se deslizarán bajo una carga constante. Las juntas que previamente se pegaron con PVA pueden ser difíciles de reparar ya que la mayoría de los pegamentos (incluido el propio PVA) no se adhieren bien al pegamento de PVA curado. Los pegamentos PVA no son impermeables, sin embargo, los PVA tipo 2 son resistentes al agua.
La resina alifática , también conocida como "cola de carpintero" y "cola amarilla", es un adhesivo sintético (en este caso, un compuesto alifático ) de color amarillo claro y textura cremosa que se utiliza con mayor frecuencia para unir piezas de madera. En comparación con otros adhesivos, tiene poco olor e inflamabilidad , buena fuerza de unión y resistencia moderada a la humedad. Es más resistente al calor y al agua que los pegamentos "blancos" de acetato de polivinilo , tiene una consistencia más espesa que produce menos goteo y fragua a temperaturas superiores a 50 °F (10 °C) y hasta 110 °F (43 °C). ), aunque se considera inadecuado para uso en exteriores. Su tiempo de fraguado más rápido que el de las colas blancas puede dificultar su uso en proyectos complejos. Se cura en aproximadamente 24 horas y da como resultado una línea de pegamento translúcida, de color tostado pálido o ámbar. Antes de que cure, se puede limpiar con agua del grifo (como pegamento blanco). A diferencia del pegamento blanco, su resistencia al calor y dureza cuando se cura significa que se puede lijar, aunque no absorberá los tintes para madera que se le apliquen encima. El exceso de resina se debe lijar o eliminar de otro modo antes de teñir. [27] Tiene menos tendencia a "deslizarse" (deslizarse durante la sujeción) que el pegamento blanco. [28] La resina alifática tiene un perfil de uso similar y una resistencia máxima relativa al PVA. Los dos pegamentos difieren en las características de agarre antes del fraguado inicial: los PVA exhiben más deslizamiento durante el ensamblaje y el pegamento amarillo tiene más agarre inicial. Las marcas incluyen Titebond y Lepage .
Cemento de contacto para chapas de madera .
Pegamento caliente para usos temporales.
Varios pegamentos para madera tienen poca capacidad para "rellenar huecos", lo que significa que penetran en la madera y dejan el hueco vacío, o permanecen para llenar el hueco pero tienen poca integridad estructural. Por lo tanto, los carpinteros suelen utilizar juntas ajustadas que necesitan sorprendentemente poco pegamento para sujetar piezas grandes de madera. La mayoría de los pegamentos para madera deben sujetarse mientras se endurece. [7] Las resinas epoxi y algunos otros pegamentos se pueden espesar con rellenos estructurales (o con formulaciones más espesas de la resina) para ayudar a llenar los espacios; sin embargo, es preferible tratar de minimizar los espacios en primer lugar para no enfrentar el problema.
La revista Fine Woodworking realizó una serie de pruebas para evaluar la resistencia mecánica de las uniones de madera con diferentes colas: [29]
El pegamento PVA tipo I fue Titebond III, un pegamento impermeable. El epoxi era del Sistema Tres. El pegamento PVA era el pegamento de carpintero de Elmer. El pegamento líquido para pieles era de Old Brown Glue. El pegamento caliente para pieles era de JE Moser. El poliuretano era marca Gorilla.